Python 代码一键转流程图
Python 代码转流程图
在设计程序时，类图、流程图都是很有用的工具，我们有很多工具来绘制这些图纸，甚至还能用它们生成最基本的框架代码。也有时候我们需要把已经写好的代码反向转成类图、流程图，比如写作业和别人分享设计的时候。
代码转类图也有挺多工具的，VS Code、IntelliJ IDEA 这些常用的 IDE 都可以装插件来完成这一工作。而如果你做微软家的开发，Visual Studio 可选安装的“类设计器”，更是强到不像话，轻松吊打我见过的其他任何同类工具，就这一点来说， VS 对得起「宇宙第一 IDE」的称号。
然而，代码转流程图，相对来说，这个需求少一些，工具也没那么丰富。最近我突然需要把一些 Python 代码转成流程图，Google 翻了两页，GitHub 搜了几个项目，发现现有的实现都不太行：要么用的技术太怪（那些用「正则表达式」正面上的可震撼了我一下午），要么跑不起来（依赖条件苛刻，比如某些项目用了对 macOS 不太友好的 PyGame），要么跑出来太丑（凌乱的线条、奇怪的颜色，不是新丑风，是丑到抽风）。 当我看到某高赞项目 Vatsha/code_to_flowchart 甚至集合了上述三大“优点”时，，，我选择了自己动手撸一个 python to flowchart 的工具。
当然，我不是喷 Vatsha/code_to_flowchart，只是其一些细节真的欠优，有很大的改进空间。但不得不说，他的设计简单有效 ，用 PyGame 做可视化也很有新意。其实，我在做自己的实现时也大量参考了这个项目。
我的解决方案 PyFlowchart 基于大名鼎鼎的 flowchart.js。
（本来我是取名叫做 PyFlow 的，上传 PyPi 的时候发现重名了♂️。所以改成了 PyFlowchart）
flowchart.js
如果你使用 Typora，可能知道在 Typora 中用 ```flow 可以用一种简单的文本语言来写流程图，根据 Typora 的文档，这个功能来自开源的 flowchart.js。
我的方案就是把 Python 代码转化成这种 flowchart 语言，然后你就可以借助 flowchart.js.org、Typora、 francoislaberge/diagrams 等等工具来生成流程图了。
st=>start: Start
op=>operation: Your Operation
cond=>condition: Yes or No?
e=>end
st->op->cond
cond(yes)->e
cond(no)->op
PyFlowchart
下面简要介绍如何使用我实现的 PyFlowchart，更详细的说明请看项目的 README。
安装 PyFlowchart：
$ pip3 install pyflowchart
写一个 simple.py 文件：
def foo(a, b):
if a:
print("a")
else:
for i in range(3):
print("b")
return a + b
运行 PyFlowchart：
$ python3 -m pyflowchart simple.py
它会输出 flowchart 代码：
st4439920016=>start: start foo
io4439920208=>inputoutput: input: a, b
cond4439920592=>condition: if a
sub4439974736=>subroutine: print('a')
io4439974672=>inputoutput: output: (a + b)
e4439974352=>end: end function return
cond4439974224=>operation: print('b') while i in range(3)
st4439920016->io4439920208
io4439920208->cond4439920592
cond4439920592(yes)->sub4439974736
sub4439974736->io4439974672
io4439974672->e4439974352
cond4439920592(no)->cond4439974224
cond4439974224->io4439974672
访问 flowchart.js.org，把上面生成的代码粘贴到文本框里，右边就会自动生成流程图了：
当然，你也可以直接把这些代码放到 Typora 的 flow 代码块里，也会自动生成流程图。如果你喜欢使用命令行，也可以用 francoislaberge/diagrams 来生成流程图。
如果生成的流程图有让人不满意的地方（比如，线条重叠）或者你喜欢指定样式，参考 flowchart.js.org，手动修改一下生成的 flowchart 就可以了，非常方便。
实现原理
PyFlowchart 利用 Python 内置的 ast 包，把代码转化成 AST（抽象语法树），然后把 AST 转化成自己定义的 Node 组成的图，每个 Node 对应一个 flowchart 中的 node，遍历这个图就可以得到流程图了。
关于 ast 包，可以看看这篇文章：AST 模块：用 Python 修改 Python 代码，虽然很老，但十分简单易懂。总而言之，利用 ast 包，我们可以把一段 Python 代码转化为一个数据结构：
>>> import ast
>>> expr = """
... def add(a, b):
... return a + b
... """
>>> expr_ast = ast.parse(expr)
>>> expr_ast
<_ast.Module object at 0x10c773e10>
>>> ast.dump(expr_ast)
# p.s. 这里手动做了格式化
Module(body=[FunctionDef(name='add',
args=arguments(
args=[
arg(arg='a', annotation=None),
arg(arg='b', annotation=None)],
vararg=None, kwonlyargs=[], kw_defaults=[], kwarg=None, defaults=[]),
body=[Return(value=BinOp(
left=Name(id='a', ctx=Load()),
op=Add(),
right=Name(id='b', ctx=Load())))],
decorator_list=[],
returns=None)])
学会了这个东西，接下来的工作就是把这个 expr_ast (_ast.Module 对象) 翻译成流程图了。我们用面向对象来的方法来实现：
Node 是最最基础的类，表示流程图中的一个节点，其他一切都继承自它。Node 有节点类型、名称、内容等属性，提供的 fc_definition()、fc_connection() 方法可以把自己转化为 flowchart 语言的字符串。另外的 __visited 和 _traverse() 是用来遍历图的。与 flowchart 中的 node types 对应，我们实现了各种 Node 的子类：StartNode、EndNode、OperationNode…
NodesGroup 是一个特殊的 Node，它自己不会出现在生成的 flowchart 中，但它可以包含一些其他 Node。这个设计是受到 Android 的 View、ViewGroup 的启发，有了这个 NodesGroup，if 语句、for / while 循环这样有嵌套的 body 的情况就很容易处理了。
AstNode 表示一个从 AST 对象得到的 Node。构造 AstNode，就是把某个 AST 对象翻译成一个 Node（也可以是 NodesGroup）。其子类就和各种 ast 对象对应（也就和 Python 的各种语句对应）： If、Loop、Return …
Flowchart 代表一张流程图。流程图就是一堆连在一起的节点嘛，所以 Flowchart 是 NodesGroup 的子类。在其 from_code() 中方法中，实现了用 ast 包解析 Python 代码，得到 ast 对象的工作。在 flowchart() 方法中，遍历图，拿到所有节点的 flowchart 表示，汇总成一张完整的 flowchart 流程图。
其实这个东西很简单，更具体的实现看源码就很好理解了，在此不做赘述。总结一下：
- Flowchart 中利用 ast 包实现了 code to ast；
- AstNode 及其子类实现了 ast to node graph；
- Node 及其子类实现了 node graph to flowchart。
附上项目地址与完整实现的类图：
- https://github.com/cdfmlr/pyflowchart/
by('CDFMLR', '2020.10.24')
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